200563. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés idegenanyag tartalmú folyadékok kezelésére membránszűrő készülékkel
1 HU 200563 B 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés idegenanyag-tartalmú folyadékok kezelésére membránszűrő készülékkel. Ismeretesek olyan berendezések, amelyek idegen anyagokat tartalmazó folyadékok idegenanyag-tartalmának csökkentését teszik lehetővé azáltal, hogy a folyadék vékony membránszüró mellett áramlik, miközben a folyadék nyomása nagyobb, mint a membránszűrő túloldalán uralkodó nyomás. Az áramló folyadék - általában oldat - egy része megfelelő kialakítás esetén étpréselödik a iuembránszűrón. Az átpréselődött permeátum öszszetétele más lesz, mint az eredeti oldat összetétele, mert a membránszűrő áteresztő képessége az oldat különböző méretű ionjaira és részecskéire más és más. Ha az eljárás során csak azt a tényt használják ki, hogy a membránszüró pórusainak mérete az ionok ill. részecskék méretének nagyságrendjébe esik és igy a membránszűrő a nagyobb ionokat ill. részecskéket mintegy .kiszűri”, akkor az eljárást ultravagy mikroszűrésnek nevezik. Ha a membránszűrő két oldula között jelentős ozmózisnyomás-különbség van, akkor ezt nemcsak kiegyenlítve, hanem ennél nagyobb nyomáskülönbséget létrehozva, a szokásos ozmózis fordítottja, az ún. fordított ozmózis jelensége lép fel: az oldatból az oldószer az ozmózisnyomás ellenében a membránszűrön keresztül kiáramlik az oldószert tartalmazó térbe. A raembránszürő készülékek üzemeltetésénél az energiaigényt legnagyobb részben a kezelendő folyadéknak a készülékbe való nagynyomású (pl. 50-70 bar) betáplálásához szükséges szivattyú határozza meg. Az energiaigény csökkentésére javasoltak már olyan megoldást, amelynél a membránszüró készülékből kilépő koncentrálódott folyadékkal (koncentrátummal) egy vízturbinát hajtanak meg, így az energia egy részét visszanyerik. A gyakorlatban azonban ez a megoldás nagy beruházási költséggel jár, és a gyorsforgású vízturbina az egész viztisztitó rendszer üzemeltetését és karbantartását bonyolulttá teszi. Az energia visszanyerést célozza az a megoldás is, amelyet a 4 354 939 számú US szabadalmi leírásban ismertetnek. Itt a membránszűrő készülékből kilépő koncentrátum felváltva két váltóedénybe van vezetve. Mindegyik váltóedénynek rugalmas membránnal elválasztott két térrésze van. Amikor a koncentrátum az egyik váltóedény első térrészébe jut, a második térrészből egy szivattyú kezelendő folyadékot táplál vissza a membránszűrő készülék bemenetére. Amikor az első térrész, azaz az egyik váltóedény megtelt koncentrátummal, a koncentrátum a másik váltóedénybe lesz vezetve, és közben az egyik váltóedényböl a koncentrátum a második térrészébe bevezetett kezelendő folyadékkal kiürítésre kerül. Az említett tipusú membránszüró készülékben a kezelendő oldat a membránszüró mellett áramlik. A permeátum átáramlás szempontjából mértékadó a membránszüró két oldalán, közvetlenül a membránszűrő mellett elhelyezkedő határrétegben található oldat fajlagos oldott anyag tartalma, koncentrációja. Ez az érték mindig nagyobb, mint a teljes oldatáram átlagos koncentrációja. Az oldószer az oldat belsejéből vándorol a membránszüró felé, amely az oldott anyag zömét visszatartja, az oldószert pedig átengedi, ezért a határrétegben az oldott anyag feldúsul. Az ozmózisnyomás-különbség a határréteg koncentrációk különbségével arányos. A leírt jelenség miatt a leküzdendő ozmózisnyomás és ezzel az energiaigény is növekszik. Ultra- vagy mikroszűrés esetén a membránszűröbe belépő oldat koncentrációjának növekedése miatt a membránszűrő hidraulikus ellenállása megnő (ez természetesen a fordított ozmózis esetében is fellép és további nyomásnövekedést okoz). A fenti jelenségeket sokszor polarizációnak is nevezik. A jelenség során képződő határréteg vastagsága és ezzel a koncentráció növekedése csökken, ha nagyobb az oldatsebesség (pontosabban a sebességgel arányos Reynolds-szám). A membránszüró mentén áramló oldatból oldószer távozik, azért az átlag-koncentráció a membránszűrő mellett megtett út függvényében növekszik. A membránszüró végén, kilépéskor az átlag koncentráció a készülékből kilépő oldat koncentrációja. Ha a készülékbe belépő oldat mennyisége n-szerese a membránon átpréselódö permeátum mennyiségének, tehát az ún. kihozatal 1/n, akkor az átlagkoncentráció a kilépéskor n/(n-l)-szer lesz nagyobb, mint a belépéskor. A koncentráció és az ozmózisnyomás említett összefüggése miatt előnyös lenne, ha n minél nagyobb lenne, ámde ezzel az 1/n értékű kihozatal csökkenne. A 3 756 408 számú US szabadalmi leírásban javasolták már a határréteg vastagságának csökkentésére a kezelendő folyadék keringetését a membránszüró készüléken keresztül. Egy nagynyomású szivattyú nemcsak a fordított ozmózison alapuló membránszűrő készülékhez szükséges nyomást biztosítja, hanem a kezelendő folyadék keringetését is végzi. A 2 622 461 sz. DE közrebocsátási leírásban ismertetett recirkulációs megoldásnál a kezelendő folyadékot egy nagynyomású szivattyú folyamatosan betáplálja a keringető körbe, amelynek külön keringető szivattyúja van. A fordított ozmózist alkalmazó membránszűrő készülékből folyamatosan távozik a permeátum, a koncentrátumot a keringető körből folyamatosan vagy szakaszosan vezetik el. Ezeknek a megoldásoknak hátrányuk, hogy a membránszűrő készülékbe belépő folyadék koncentrációja nagyobb lesz, mint a kezelendő folyadéké, ez pedig az ozmózisnyomást növelve, épp ellenkező hatást ered5 1Ü 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
